На сегодняшний день технология KNX представляет собой одно из самых распространенных решений для систем домашней автоматизации. KNX используется на рынке более 20 лет и его до сих пор поддерживает большинство крупнейших компаний по производству электротехнического оборудования.
Технология KNX
Ассоциация KNX включает более 350 компаний во многих странах мира, а количество сертифицированных продуктов превышает отметку в 7000 единиц. Общее количество установленных устройств, которые отвечают этому стандарту, по некоторым оценкам составляет порядка 10 миллионов. Среди наиболее известных компаний по производству оборудования KNX - Schneider Electric, Gira и ABB.
К ключевых особенностям KNX стоит отнести полную совместимость продуктов разных производств, общий программный инструмент ETS для проектного планирования, разработки и реализации, а также наличие официальных подготовительных курсов и курсов сертификации специалистов. Решение дает возможность реализации всех популярных сценариев домашней автоматизации, в том числе освещения, климат-контроля и безопасности.
Шина KNX
Большая часть проектов KNX базируется на использовании витой пары - выделенной проводной шины. К ней осуществляется подключение всех датчиков, контроллеров и исполнительных устройств. С практической точки зрения это говорит о необходимости разрабатывать проект и прокладывать коммуникации в процессе стройки или ремонта. Теоретически стандарт предусматривает и другие среды передачи, например, радиосвязь и сеть электропитания, но в проектах они встречаются крайне редко. Как к альтернативе, при которой не требуется прокладка дополнительной шины, достаточно часто прибегают к схемам с выводом на общий щиток всех индивидуальных потребителей. У обоих версий есть свои минусы и плюсы, при этом возможно их совмещение при условии, что соответствие спецификациям KNX будет сохранено.
Топологию проводной шины можно выбирать довольно гибко: дерево, звезда, линейные шины. Здесь не потребуется терминация, но стоит обратить внимание на защиту от гроз и перенапряжения. Базовый элемент логической структуры - сегмент, содержащий до 64 узлов. В линии могут быть объединены до 4 сегментов, в область - до 15 линий. На самом верхнем уровне предусматривается объединение в систему до 15 областей, при этом количество устройств в одной сети может составлять порядка 58 000.
Для шины рекомендовано использовать кабель 2*2*0.8, хотя для непосредственной работы KNX хватает одной пары линий данных. Второй парой можно воспользоваться в качестве резервной или направить на подачу дополнительного питания, если предусмотрены устройства, питаемые от самой шины.
При необходимости на сегменте могут быть задействованы несколько блоков питания. Один из таких блоков выдерживает пропадание питания до 100 мс, за счет чего повышается надежность функционирования системы. На этапе создания проекта можно проконтролировать потребление все устройств, взяв за основу представленные производителем характеристики.
Характеристики шины:
- длина кабелей в сегменте (максимальная) - 1000 м;
Сегменты и линии объединяются при помощи специального соединительного оборудования, которое выполняет функции мостов, повторителей, маршрутизаторов и фильтров пакетов. Как правило, все эти задачи выполняет одно и то же оборудование, а реальный его рабочий алгоритм прописывается на этапе программирования. Следующий шаг масштабирования системы достигается благодаря использованию мостов в стандартные IP-сети.
Устройства взаимодействуют по шине посредством обмена пакетами данными, скорость которого - 9600 бит/с. Обработка коллизий осуществляется по технологии CSMA/CA. Все типы данных используемых переменных и форматы информационных посылок описываются в протоколе. В частности, там содержатся сами данные, адреса приемника и передатчика, контрольная сумма. Время передачи - от 20 до 40 мс, общая длина пакета - не более 23 байт. На отзывчивость влияет загруженность шины и количество в ней устройств. В простых вариантах контроля освещения нет визуальных различий между работой выключателей и прямым управлением. Но в случае с крупными нагруженными сетями, включая объединенные по IP, обычно требуется дополнительная оптимизация.
В случае неудачи предусматривается подтверждение доставки и повторные отправки. Помимо текстовых, бинарных и целых переменных, стандарт предусматривает напрямую записанные форматы для работы с температурой, давлением, мощностью, яркостью и другими данными. Среди наиболее популярных типов данных и вариантов команд - управление приводом, переключение, диммирование и передача физических величин.
Здесь отсутствуют штатные средства, контролирующие состояние устройств на шине. В продуктах некоторых производителей предусмотрена функция Heartbeat, но эти сигналы должен обрабатывать внешний контроллер.
Устройства
Для оценки разнообразия устройств этого стандарта достаточно взглянуть на представленные крупнейшими производителями каталоги: последние версии у Gira занимают 100 страниц, у Schneider Electric и ABB - по 200. Это довольно грубая оценка, но она достаточно четко показывает интерес производителей к этой продукции. Среди возможных групп товаров - управление климатом, сенсорные панели, всевозможные датчики, реле, мосты в другие системы, системные компоненты и многое другое.
При этом монтаж модулей может осуществляться как на DIN-рейку, так и в стандартные распределительные коробки. В случае с DIN-рейкой часто применяют устройства с большим количеством каналов управления (диммеры и реле). Как правило, подключение устройств происходит непосредственно к шине KNX и управляемым устройствам в этом случае не требуется дополнительное питание.
Заключение
Стоит напомнить, что технология KNX представляет собой только “нервную систему” для проектов автоматизации. Среди ее сильных сторон - широкие возможности в области поддержки разных устройств и сценариев, сертификация и стандартизация оборудования, заострение внимания на надежности решений и наличие активного сообщества профессионалов. В многочисленных маркетинговых материалах часто описываются ситуации, в которых необходим выход за пределы технологии — применение в проектах блоков сопряжения интерфейсов и прочего оборудования. Но именно с помощью KNX возможно обеспечение их эффективного взаимодействия с базовыми исполнительными устройствами и органами управления.
Если рассматривать технологию с практической точки зрения, то она ориентирована не на DIY-рынок (“сделай сам”), хоть и при наличии финансов и соответствующего опыта ее можно использовать, а на профессиональный. KNX создана для профессиональных инсталляторов на средних и крупных объектах частного и коммерческого секторов, где в приоритете обеспечение надежности и бесперебойности в работе решений и минимизация дополнительного обслуживания.
Если рассматривать базу технологии, то может создаться впечатление, что она морально устарела - медленная последовательная шина, необходимо программировать адреса устройств, отсутствует Plug-and-Play, набор сообщений - базовый, отсутствуют протоколы безопасности, система программирования достаточно сложная. Но, с другой стороны, эти характеристики бессмысленны, если не применяются к конкретным функциям и задачам. На практике заказчиков во всем устраивают проекты на базе KNX, если они были грамотно реализованы.
Говоря о стоимости самих продуктов, стоит отметить, что она не играет в этом случае первостепенной роли. Дело в том, что оценка имеет значение только для проектов в целом, где учтена разработка, установка, настройка и процесс эксплуатации. Если учесть большое количество участников процесса, в которое включены курсы сертификации, сама ассоциация, производитель оборудования, поставщик, дизайнер, проектировщик, инженер, инсталлятор и монтажник, то ее сложно назвать бюджетной. По сравнению со многими другими технологиями для сегмента “сделай сам” (DIY) различия в цене будут в несколько раз не на стороне технологии KNX, но принимать во внимание и исходить исключительно из этого параметра совершенно некорректно.